Υπάρχουν πολλές ερωτήσεις που πρέπει ν’ απαντηθούν και οι απαντήσεις σε μερικές από αυτές μπορούν απλά ν’ αλλάξουν το τρόπο που θα καλλιεργούμε στο μέλλον.
Το 2015 στη Φλωρεντία της Ιταλίας έγινε το 2ο παγκόσμιο συνέδριο, σχετικά με τη χρήση των βιοδιεγερτών στη γεωργία. Στο συνέδριο αυτό, συμμετείχαν πάνω από 900 άνθρωποι από 65 διαφορετικές χώρες του κόσμου και πάνω από 550 εταιρείες και οργανισμοί, οι οποίοι βρέθηκαν εκεί για να παρακολουθήσουν το συνέδριο.
Τα συμπεράσματα και τις τοποθετήσεις των συνέδρων στο συνέδριο αυτό, δίνουν πολλές επιστημονικές απαντήσεις σε ερωτήσεις που απασχολούν τον επιστημονικό κόσμο. Με αυτό το άρθρο, θα προσπαθήσουμε να μεταφέρουμε χρησιμοποιώντας σαν βασική πηγή πληροφόρησης άρθρα που δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό New Ag international, όλα τα συμπεράσματα που προέκυψαν από το συνέδριο και να ρίξουμε μια βαθιά ματιά σε επτά κατηγορίες ουσιών, που κατά τεκμήριο παρουσιάζουν βιοδιεγερτικές ιδιότητες.
Οι χουμικές ουσίες παράγονται από βιολογικές μετατροπές φυτικών και ζωικών υπολειμμάτων συνεπεία μικροβιολογικής δραστηριότητας και είναι η μεγαλύτερη δεξαμενή οργανικής ουσίας στην επιφάνεια της γης. Τα χουμικά είναι ετερογενή μίγματα και κατηγοριοποιούνται σύμφωνα με το μοριακό τους βάρος και τη διαλυτότητά τους στο νερό.
Οργανικά μίγματα με μεγάλο μοριακό βάρος και αδιάλυτα στο νερό, χουμικά οξέα με ενδιάμεσο μοριακό βάρος και διαλυτά σε αλκαλικό νερό, φουλβικά οξέα με χαμηλό μοριακό βάρος και διαλυτά στο νερό ανεξαρτήτως pH.
Οι χουμικές ουσίες που χρησιμοποιούμε σαν βιοδιεγέρτες παράγονται από λεοναρδίτη, λιγνίνη, τύρφη ή ανανεώσιμες πηγές, όπως το composte και vermicompost. Τα χουμικά θεωρούνται βιοδιεγέρτες, διότι έχουν θετική επίδραση στη γονιμότητα του εδάφους και άμεσα αποτελέσματα στις φυσιολογικές διεργασίες των φυτών. Τα χουμικά δεν είναι μια άμεση πηγή θρεπτικών στοιχείων για τα φυτά, όμως έχουν ισχυρή επίδραση στις χημικές, φυσιολογικές και βιολογικές διεργασίες των φυτών, διότι ρυθμίζουν έμμεσα την ανάπτυξη και τη βλάστησή τους. Τα αρνητικά φορτία τους είναι μεγαλύτερα από τα φορτία των θρεπτικών στοιχείων και αντιπροσωπεύουν πάνω από το 90% της ΙΑΚ (ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων ) στα εδάφη. Η μεγάλη ΙΑΚ δίνει δυνατότητα συγκράτησης των κατιόντων των λιπασμάτων, μειώνοντας έτσι την απώλεια μέσω του ξεπλύματος. Η μεγάλη πυκνότητα και η συμμετοχή του περιεχομένου οξυγόνου σε λειτουργίες όπως, καρβοξυλίωση, αλκοολικές, φαινολικές και εστερικές ενώσεις, δίνουν μεγάλη δυνατότητα στα χουμικά να διαφοροποιήσουν και να σταθεροποιήσουν τη δομή του εδάφους. Οι ωφέλιμοι μικροοργανισμοί του εδάφους ευννοούνται σημαντικά από τη χρήση χουμικών.
Τα χουμικά διεγείρουν την ανάπτυξη των ριζών, ώστε ν’ απελευθερώσουν σάκχαρα και οργανικά οξέα, βοηθώντας μ’ αυτό τον τρόπο στην αλλαγή του χημικού περιβάλλοντος προς όφελος των μικροοργανισμών του εδαφικού συστήματος. Επιπλέον, τα χουμικά, προκαλούν αύξηση του αριθμού των ριζικών τριχιδίων καθώς και εμφάνιση πλευρικών ριζών, οι οποίες αλλάζουν την επιφυτική και ενδοφυτική αποίκιση των μικροοργανισμών του εδάφους. Ένα από τα πιο συνήθη αποτελέσματα που παρέχουν τα χουμικά στα φυτά είναι η βελτίωση της ριζοβολίας και αύξηση της πρόσληψης θρεπτικών στοιχείων από την καλλιέργεια.
Στα θετικά αποτελέσματα δεν συγκαταλέγονται μόνο η αύξηση της ριζικής επιφάνειας, αλλά και η αυξημένη δραστηριότητα της ριζικής μεμβράνης στη μεταφορά θρεπτικών στοιχείων, όπως το άζωτο και ο σίδηρος. Τα χουμικά συμβάλουν στην ανάπτυξη των φυτών μέσω του άνθρακα και του μεταβολισμού του αζώτου. Η νιτρική ρεδουκτάση, η γλουταμινική διυρογονάση και η γλουταμινική συνθετάση, είναι ένζυμα συνδεδεμένα με το μεταβολισμό του αζώτου και διεγείρονται με τη χρήση διαφόρων ειδών χουμικών. Η εφαρμογή των χουμικών μπορεί να μειώσει το συνολικό ποσό των υδατανθράκων που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή σακχάρων και οι υδατάνθρακες να χρησιμοποιηθούν για υποστήριξη της ανάπτυξης και του μεταβολισμού του αζώτου. Επιπλέον, τα χουμικά λόγω των αλλαγών που προκαλούν στο φυτικό μεταβολισμό και στην απορρόφηση θρεπτικών στοιχείων, έχουν σημαντικό ρόλο και στο δευτερεύοντα μεταβολισμό αυξάνοντας την έκφραση των ενζύμων ( φαινυλ-αλανίνη, τυροσίνη ), που εμπλέκονται στη βιοσύνθεση των φαινολικών ενώσεων. Άλλη μια δραστηριότητα που έχουν τα χουμικά είναι η αύξηση των αντιοξειδωτικών ενζύμων (π.χ. περοξειδάση), προάγοντας τη συσσώρευση αντιοξειδωτικών, τα οποία μειώνουν τις ζημιές που επιφέρει η αντίδραση ειδών οξυγόνου που γεννιούνται στους φυτικούς ιστούς κάτω από συνθήκες βιοτικού ή αβιοτικού stress.
Η καλύτερη ανάπτυξη των ριζών, η βελτίωση του πρωτεύοντος και δευτερεύοντος μεταβολισμού μαζί με τη δράση τους στο αντιοξειδωτικό αμυντικό σύστημα επιτρέπουν μια συνολική αύξηση της αντοχής της καλλιέργειας σε βιοτικό ή αβιοτικό stress π.χ. ( ξηρασία, πάγος, περονόσπορος ). Επειδή τα χουμικά είναι δύστροπα στην αποδόμηση από τους μικροοργανισμούς, είναι πολύ σημαντικά για τη δημιουργία αποικιών μικροοργανισμών γύρω από τη ριζόσφαιρα (βιολίπανση ).
Αυτό είναι ένας νέος ορίζοντας στη χρήση χουμικών, ο οποίος αναμένεται να επεκταθεί μελλοντικά, ως συνέπεια του ενδιαφέροντος για χρήση ωφέλιμων μικροοργανισμών στη γεωργία.
Από πρακτικής άποψης, τα χουμικά μπορούν να εφαρμοσθούν στο εδαφικό υπόστρωμα σε ξηρή ή το πιο σύνηθες σε υγρή μορφή ( διαλύματα χουμικών και φουλβικών οξέων ) μέσα από τα αρδευτικά συστήματα.
Μικρά μόρια όπως αυτά των Φουλβικών οξέων είναι πιο αποτελεσματικά από αυτά των χουμικών οξέων, επομένως είναι πολύ σημαντικό όταν χρησιμοποιούμε ένα μίγμα χουμικών / φουλβικών οξέων να δίνουμε μεγάλη σημασία στην περιεκτικότητά του σε φουλβικά. Όσο μεγαλύτερο ποσοστό φουλβικών περιέχει, τόσο δραστικότερο είναι.
Τα μονοκοτυλήδονα ανταποκρίνονται, κάτω από κανονικές συνθήκες, καλύτερα από τα δικοτυλήδονα, ενώ κατά κανόνα η αντίδραση των φυτών σε χουμικά που προέρχονται από λιγνίτη, λεοναρδίτη και υποπροϊόντα γαιάνθρακα είναι μικρότερη έναντι αυτών που προέρχονται από τύρφη, compost ή vermicomposts.
Τέλος, σε γενικές γραμμές, οι καλλιέργειες ανταποκρίνονται καλύτερα στη χρήση χουμικών, όταν τα εδάφη είναι φτωχά σε θρεπτικά στοιχεία, αμμώδη ή αλατούχα.
Οι υδρολυμένες πρωτεΐνες είναι μίγματα πολυπεπτιδίων, ολιγοπεπτιδίων και αμινοξέων οι οποίες παρασκευάζονται από πηγές πρωτεϊνών με τη χρήση μερικής υδρόλυσης και παράγονται είτε, μέσω χημικής, είτε, μέσω ενζυματικής υδρόλυσης, πρωτεϊνών που προέρχονται από ζώα ή φυτά ( π.χ. υποπροϊόντα από τη βιομηχανία δέρματος, τη διαδικασία παραγωγής ψαριών, ή από βιομάζα ψυχανθών.).
Μέχρι στιγμής, περισσότερο από το 90% των υδρολυμένων πρωτεϊνών που πωλούνται σαν βιοδιεγέρτες παράγονται μέσω χημικής υδρόλυσης από πρωτεΐνες ζωικής προέλευσης ( ειδικά από κολλαγόνο και υποπροϊόντα δέρματος ), ενω η ενζυματικής προέλευσης πρωτεΐνες παράγονται από φυτά και λόγω της πρόσφατης νέας τεχνολογίας που χρησιμοποιείται για την παραγωγή τους, κατέχουν ακόμη, πολύ μικρότερο ποσοστό στην αγορά. Οι δυο διαδικασίες ( χημική ή ενζυματική υδρόλυση) και η πηγή πρωτεϊνών (ζωικής ή φυτικής προέλευσης) έχουν μεγάλο ενδιαφέρον ώστε να πετύχουμε υψηλής ποιότητας υδρολυμένες πρωτεΐνες. Η διαδικασία υδρόλυσης με οξύ χρησιμοποιεί υψηλές θερμοκρασίες ( πάνω από 138 C και πίεση > 220,6 kPa) προκαλώντας μια ανεξέλεγκτη υδρόλυση πρωτεϊνών με απελευθέρωση πολλών ελεύθερων αμινοξέων, αλλά και καταστροφή μερικών αμινοξέων όπως είναι η τρυπτοφάνη.
Από την άλλη πλευρά η μέθοδος της ενζυματικής υδρόλυσης χρησιμοποιεί πρωτεολυτικά ένζυμα και θερμοκρασίες όχι μεγαλύτερες των 60C. Τα πρωτεολυτικά ένζυμα χρησιμοποιούνται για την επιλεκτική υδρόλυση των πρωτεϊνών σε αμινοξέα και πεπτίδια ενώ το pH παραμένει κοντά στο 7.
Πρωτεΐνες που παράγονται με ενζυματική υδρόλυση περιέχουν λιγότερα ελεύθερα αμινοξέα, αλλά περισσότερα διαλυτά πεπτίδια και αμινοξέα, όπως η τρυπτοφάνη, η οποία δεν μπορεί να παραχθεί με τη διαδικασία της χημικής υδρόλυσης.
Τα αμινοξέα εμφανίζονται με L και D μορφές, αλλά μόνο οι L μορφές μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τα φυτικά κύτταρα.
Η «ρακεμοποίηση» ( racemization) είναι η μετατροπή των L μορφών των αμινοξέων σε D μορφές, ενώ ο βαθμός ρακεμοποίησης αντιπροσωπεύει την αναλογία μεταξύ των αμινοξέων D μορφής και L μορφής, που είναι παρόντα στο συνολικό περιεχόμενο αμινοξέων. Ο υψηλός βαθμός ρακεμοποίησης δείχνει ότι το προϊόν είναι χαμηλής ποιότητας εξαιτίας του υψηλού περιεχομένου του σε D μορφής αμινοξέα (τα οποία όπως τονίσαμε πιο πάνω δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τα φυτικά κύτταρα, σε αντίθεση με τα L που απορροφώνται κατ’ ευθείαν από τα φυτικά κύτταρα).
Με τη χημική υδρόλυση παρουσιάζεται υψηλός βαθμός ρακεμοποίησης, κυρίως εξαιτίας των ακραίων συνθηκών που επικρατούν κατά τη διάρκεια της αντίδρασης (υψηλές θερμοκρασίες, πίεση και οξύτητα). Με τη χημική υδρόλυση παρουσιάζεται ανεξέλεγκτο σπάσιμο της αλυσίδας των αμινοξέων μετατρέποντας τις L-μορφές σε D-μορφές.
Με την ενζυματική υδρόλυση, η οποία γίνεται σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας και ουδέτερου pH, οι ενζυματικά παραγόμενες υδρολυμένες πρωτεΐνες, έχουν μεγάλο περιεχόμενο σε αμινοξέα L-μορφής καθώς και χαμηλό ποσό χλωρίου και νατρίου, σε αντίθεση με τα χημικής υδρόλυσης αμινοξέα, που εξαιτίας της χρήσης χλωριούχου οξέος και υδροξειδίου του νατρίου κατά τη διαδικασία παραγωγής τους παρουσιάζουν αυξημένη ποσότητα χλωρίου και νατρίου στη σύνθεσή τους.
Η σύνθεση των αμινοξέων (αμινόγραμμα) αλλάζει ανάλογα με την πηγή προέλευσης των πρωτεϊνών. Αμινοξέα που προερχόμενα από πρωτεΐνες φυτικής προέλευσης, παρουσιάζουν μεγάλη περιεκτικότητα σε ασπαρτικό και γλουταμινικό οξύ, τα οποία παίζουν σημαντικό ρόλο στο μεταβολισμό του αζώτου των φυτών.
Οι ζωικής προέλευσης υδρολυμένες πρωτεΐνες παρουσιάζουν μεγάλη περιεκτικότητα σε γλυσίνη και προλίνη οι οποίες έχουν ζωτικής σημασίας ρόλο στη σταθεροποίηση των πρωτεϊνών και των κυτταρικών τοιχωμάτων. Επίσης ρυθμίζουν την ωσμωτική πίεση στο κυτόπλασμα σε περιπτώσεις έντονου stress.
Η εφαρμογή υδρολυμένων πρωτεϊνών στα φυτά επηρεάζει την ανάπτυξή τους, τη θρέψη τους, την αντοχή τους σε αβιοτικό stress και τη μικροβιακή κοινότητα γύρω από τη ριζόσφαιρα.
Τα προϊόντα αυτά προάγουν την ανάπτυξη των ριζών και των βλαστών εξαιτίας της παρουσίας βιο διεγερτικών πεπτιδίων και αμινοξέων, τα οποία είναι πρόδρομοι μερικών φυτοορμονών όπως της τρυπτοφάνης, της αυξίνης, της αργινίνης και της πολυαμίνης. Οι υδρολυμένες πρωτεΐνες μπορούν να επηρεάσουν θετικά την αζωτούχο θρέψη των φυτών. Το οργανικό άζωτο που περιέχουν τα αμινοξέα και τα πεπτίδια αποτελεί μια κατευθείαν πηγή αζώτου στα φυτά , διότι το άζωτο αυτό είναι σε μορφή άμεσα αφομοιώσιμη είτε από τις ρίζες είτε από τα φύλλα.
Είναι πολύ σημαντικό να τονίσουμε ότι οι υδρολυμένες πρωτεΐνες εφαρμόζονται συνήθως σε πολύ χαμηλές δόσεις, οι οποίες δεν μπορούν να εφοδιάσουν τα φυτά με το απαραίτητο άζωτο.
Τα θετικά αποτελέσματα των υδρολυμένων πρωτεϊνών στη θρέψη των φυτών, σχετίζονται με την αύξηση της βιοδιαθεσιμότητας των θρεπτικών στοιχείων λόγω της ικανότητας των πεπτιδίων και των αμινοξέων να συμπλέκονται με τα θρεπτικά στοιχεία, προστατεύοντάς τα από την αδιαλυτότητα. Το αποτέλεσμα αυτό είναι πολύ χρήσιμο ιδιαίτερα για την αύξηση της βιοδιαθεσιμότητας των ιχνοστοιχείων (όπως ο σίδηρος, ο ψευδάργυρος, το μαγγάνιο ) στα αλκαλικά εδάφη. Οι υδρολυμένες πρωτεΐνες μπορούν επίσης να προάγουν τη θρέψη των καλλιεργειών λόγω της συμμετοχής τους στην ενεργοποίηση ειδικών ενζύμων στις ρίζες που σχετίζονται με την απορρόφηση των θρεπτικών στοιχείων.
Για παράδειγμα, εδαφικές ή διαφυλλικές εφαρμογές με φυτικής παραγωγής υδρολυμένες πρωτεΐνες, ενεργοποιούν τη χηλική ρεδουκτάση του σιδήρου στο ριζικό σύστημα φυτών τομάτας αυξάνοντας την απορρόφηση του σιδήρου σε αλκαλικό περιβάλλον. Για τους πιο πάνω λόγους, καλλιέργειες που γίνονται επεμβάσεις με υδρολυμένες πρωτεΐνες (αμινοξέα-πεπτίδια), παρουσιάζουν καλύτερη εικόνα σχετικά με τη θρεπτική τους κατάσταση. Οι υδρολυμένες πρωτεΐνες μπορούν, όπως τονίσαμε και πιο πάνω, να αυξήσουν την αντοχή των καλλιεργειών σε αβιοτικό stress, όπως ξηρασία, αλατότητα, θερμικό stress και χαμηλές συνθήκες φωτισμού.
Γενικά, τα θετικά αποτελέσματα των υδρολυμένων πρωτεϊνών στην αντιμετώπιση του αβιοτικού stress, συνοψίζονται:
► στην καλύτερη ανάπτυξη του ριζικού συστήματος,
► υψηλότερη αναλογία ριζών/βλαστών,
► καλύτερη θρεπτική κατάσταση,
► υψηλότερη σταθερότητα των κυτταρικών μεμβρανών,
► συσσώρευση ωσμωλιτικών (όπως η προλίνη) και αντιοξειδωτικών,
► ενεργοποίηση του ενζυματικού συστήματος προστασίας από οξειδωτικό stress και τροποποίηση της ορμονικής κατάστασης των φυτών.
Πρόσφατες μελέτες έδειξαν ότι οι υδρολυμένες πρωτεΐνες, όχι μόνο αυξάνουν δευτερευόντως την αντοχή στο αβιοτικό stress, αλλά και την αντοχή των φυτών σε ασθένειες, όπως ο περονόσπορος στο αμπέλι, λόγω της συσσώρευσης ρεσβερατρόλης (είναι η κυριότερη φυτοαλεξίνη του αμπελιού) στα φύλλα.
Οι υδρολυμένες πρωτεΐνες βελτιώνουν την ποιότητα των φρούτων και των λαχανικών, λόγω της αύξησης της φωτοσύνθεσης, της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών και της ενεργοποίησης δευτερεύοντος μεταβολισμού στα κύτταρα. Για παράδειγμα, υψηλή συσσώρευση σακχάρων και αντιοξειδωτικών (καροτινοειδών, πολυπεπτιδίων κ.τ.λ.) παρατηρείται στους καρπούς της πιπεριάς όταν εφαρμόζονται στα φυτά, πρωτεΐνες φυτικής υδρόλυσης.
Οι υδρολυμένες πρωτεΐνες μπορούν να μειώσουν το περιεχόμενο ανεπιθύμητων θρεπτικών, όπως τα νιτρώδη στα φυλλώδη λαχανικά.
Στην πράξη εφαρμόσθηκαν υδρολυμένες πρωτεΐνες σε μαρούλια διαφυλλικά και με ριζοπότισμα και το αποτέλεσμα ήταν να παρουσιάσουν μικρότερο περιεχόμενο νιτρικών στα φύλλα από φυτά που εφαρμόσθηκε μόνο νιτρική αμμωνία. Αυτό συνέβη εξαιτίας της ικανότητας των υδρολυμένων πρωτεϊνών να αυξάνουν τις ενζυματικές διεργασίες που σχετίζονται με την αφομοίωση των νιτρικών και τη μείωση της απορρόφησης νιτρικών από τις ρίζες.
Οι υδρολυμένες πρωτεΐνες μπορούν επίσης να αυξήσουν και άλλα ποιοτικά χαρακτηριστικά των φρούτων με την έννοια, ότι πολλά αμινοξέα είναι πρόδρομοι της βιοσύνθεσης υλικών που είναι υπεύθυνα για το άρωμα (όπως η αλανίνη, η ισολευκίνη, η λεύκινη και η βαλίνη), το χρώμα (για παράδειγμα η φαινυλ-αλανίνη είναι ο πρόδρομος της βιοσύνθεσης των ανθοκυανινών) και της γεύσης (όπως, αργινίνη, γλυσίνη και προλίνη).
Η ριζόσφαιρα χαρακτηρίζεται από υψηλή μικροβιακή δραστηριότητα η οποία βασίζεται σε εκκρίματα των ριζών πλούσια σε σάκχαρα αλλά φτωχά σε αζωτούχες οργανικές συνθέσεις, όπως τα αμινοξέα. Για τους πιο πάνω λόγους ο εφοδιασμός των ριζών με υδρολυμένες πρωτεΐνες διεγείρει την ανάπτυξη των μικροοργανισμών του εδάφους και αλλάζει τη δομή του. Αυτό με τη σειρά του μετατρέπεται σε αύξηση της βιολογικής γονιμότητας του εδάφους και βελτίωση της ανάπτυξης της καλλιέργειας. Πρόσφατες μελέτες του Πανεπιστημίου της TUSCIA απέδειξαν ότι η εφαρμογή φυτικής υδρόλυσης πρωτεϊνών σε μικροοργανισμούς που φυσικά ενδημούν στο έδαφος, όπως βακτήρια που δεσμεύουν το άζωτο ή διαλυτοποιούν το φώσφορο και παράγουν ινδολοακετικό οξύ, δρουν σαν βιοδιεγέρτες μέσω των μικροοργανισμών και αυξάνουν την ανάπτυξη των φυτών.
Από πρακτικής απόψεως, η συχνή εφαρμογή μικρών δόσεων υδρολυμένων πρωτεϊνών(αμινοξέων) είναι προτιμότερη από περιοδικές εφαρμογές υψηλών δόσεων. Εφαρμογές αμινοξέων κοντά στην περίοδο μεταφύτευσης βοηθούν στην γρήγορη ανάπτυξη των ριζών και την ταχύτερη εγκατάσταση των φυτών, ενώ επεμβάσεις με αμινοξέα κατά την περίοδο της ανάπτυξης, βοηθούν στην ανάπτυξη των φυτών, αυξάνοντας τη φωτοσύνθεση, την απορρόφηση και το μεταβολισμό των θρεπτικών στοιχείων.
Εφαρμογές κατά τη διάρκεια της ανθοφορίας αυξάνουν την καρπόδεση και την ποιότητα. Επίσης, οι εφαρμογές αμινοξέων είναι μια αποτελεσματική στρατηγική για την αύξηση της αντοχής των καλλιεργειών στις συνθήκες αβιοτικού stress. Τα καλύτερα αποτελέσματα επιτυγχάνονται όταν οι εφαρμογή τους γίνεται πριν επικρατήσουν συνθήκες αβιοτικού stress, διότι ενεργοποιούν τις φυσιολογικές διεργασίες του φυτού ώστε να αυξηθεί η αντοχή του στο αβιοτικό stress ( π.χ. συσσώρευση ωσμωλιτικών και ενεργοποίηση δευτερεύοντος μεταβολισμού). Εφαρμογές αμινοξέων μετά από stress είναι επίσης χρήσιμες, για τη βοήθειά τους στην ανάκαμψη των φυτών.
